开关电源电路、控制方法、装置及隔离开关电源与流程

1.本发明涉及电路控制领域，尤其涉及一种开关电源电路、控制方法、装置及隔离开关电源。


背景技术：

2.常用的电气设备中开关电源通常是由pfc(power factor correction，功率因数校正)电路输出的母线电压通过反激式变换器实现低压的多路输出；随着数字电源技术的进步，现代家电控制器电源向数字化、高频化、小型化发展，因此，如何减小降低开关电源的体积以及成本是当今行业关注的问题。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提出一种开关电源电路、控制方法、装置及隔离开关电源，旨在解决现有技术如何降低开关电源的体积以及成本的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供一种开关电源电路，所述电路与供电电源连接；所述电路包括pfc模块、开关电源模块以及控制模块；所述开关电源模块包括变压器，所述变压器的原边作为所述pfc模块的电感，所述变压器的原边与所述供电电源连接，所述开关电源模块的输出端与负载连接；所述控制模块的检测端分别与所述pfc模块、所述开关电源模块以及所述供电电源连接，所述控制模块的输出端与所述pfc模块的控制端连接，所述pfc模块的输出端与负载连接；其中：
5.所述控制模块，用于采样所述pfc模块、开关电源模块以及所述供电电源的电路运行参数，生成与所述电路运行参数对应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述pfc模块；
6.所述pfc模块，用于接收所述控制模块发送的控制信号，并根据所述控制信号调节所述变压器的原边电压以及所述pfc模块的输出电压；
7.所述开关电源模块，用于通过所述变压器的副边电压给所述负载供电。
8.可选地，所述pfc模块为无桥pfc电路。
9.可选地，所述pfc模块还包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管以及第一电容；其中：
10.所述变压器的第一端与所述供电电源的第一端连接，所述变压器的第二端分别与所述第一开关管的输出端以及所述第二开关管的输入端连接，所述第一开关管的输入端与所述第一二极管的负极连接，所述第一二极管的正极分别与所述供电电源的第二端以及所述第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与所述第二开关管的输出端连接，所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端分别与所述控制模块的输出端连接；所述第一电容连接在所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的正极之间。
11.可选地，所述控制模块包括控制单元、第一电压采样单元、第二电压采样单元、第三电压采样单元以及电流采样单元；所述控制模块分别与所述第一电压采样单元、所述第
二电压采样单元、所述第三电压采样单元以及所述电流采样单元连接，所述第一电压采样单元还与所述pfc模块的输出端连接，所述第二电压采样单元还与所述开关电源模块的输出端连接，所述第三电压采样单元还与所述供电电源连接，所述电流采样单元连接在所述供电电源与所述pfc模块之间；其中：
12.所述第一电压采样单元，用于采集所述pfc模块的pfc输出电压，并将所述pfc输出电压发送至所述控制模块；
13.所述第二电压采样单元，用于采集所述开关电源模块的开关电源输出电压，并将所述开关电源输出电压发送至所述控制模块；
14.所述第三电压采集单元，用于采集所述供电电源的输入电压，并将所述输入电压发送至所述控制模块；
15.所述电流采样单元，用于采集输入电流，并将所述输入电流发送至所述控制模块；
16.所述控制模块，用于根据所述pfc输出电压、开关电源输出电压、输入电压以及所述输入电流生成所述电路运行参数。
17.此外，为实现上述目的，本发明还提供一种开关电源控制方法，所述方法应用于如上所述的开关电源电路；所述方法包括：
18.通过所述控制模块采样所述pfc模块、开关电源模块以及所述供电电源的电路运行参数，生成与所述电路运行参数对应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述pfc模块；
19.通过所述pfc模块接收所述控制模块发送的控制信号，并根据所述控制信号调节所述变压器的原边电压以及所述pfc模块的输出电压，以使所述开关电源模块通过所述变压器的副边电压给所述负载供电。
20.可选地，所述生成与所述电路运行参数对应的控制信号至所述pfc模块包括：
21.获取预设运行参数，并根据所述预设运行参数以及所述电路运行参数得到占空比；
22.根据所述占空比生成所述控制信号。
23.可选地，所述预设运行参数包括预设pfc输出电压、预设开关电源电压、电流采样阻值；所述电路运行参数包括pfc输出电压、开关电源输出电压、输入电压以及输入电流；所述根据所述预设运行参数以及所述电路运行参数得到占空比包括：
24.通过比较所述pfc输出电压与所述预设pfc输出电压，以及所述开关电源输出电压与所述预设开关电源电压得到调节电压；
25.根据所述调节电压、所述电流采样阻值、所述输入电压以及所述输入电流生成所述占空比。
26.可选地，所述占空比包括第一占空比以及第二占空比；所述根据所述调节电压、所述电流采样阻值、输入电压以及所述输入电流生成所述占空比包括：
27.根据所述调节电压、所述电流采样阻值以及所述输入电流计算得到初始占空比；
28.根据所述输入电压的极性确定所述初始占空比为所述第一占空比或第二占空比，所述第一占空比与所述第二占空比之和为1，其中，根据所述第一占空比生成的第一控制信号用于控制所述pfc模块的第一开关管，根据所述第二占空比生成的第二控制信号用于控制所述pfc模块的第二开关管。
29.此外，为实现上述目的，本发明还提供一种开关电源控制装置，所述装置包括壳体和如上所述的开关电源电路，所述开关电源电路设置于所述壳体内。
30.此外，为实现上述目的，本发明还提供一种隔离开关电源，所述电源包括供电电源以及如上所述的开关电源电路，所述开关电源电路与所述供电电源连接。
31.本发明提出的一种开关电源电路、控制方法、装置及隔离开关电源，所述电路与供电电源连接；所述电路包括pfc模块、开关电源模块以及控制模块；所述开关电源模块包括变压器，所述变压器的原边作为所述pfc模块的电感，所述变压器的原边与所述供电电源连接，所述开关电源模块的输出端与负载连接；所述控制模块的检测端分别与所述pfc模块、所述开关电源模块以及所述供电电源连接，所述控制模块的输出端与所述pfc模块的控制端连接，所述pfc模块的输出端与负载连接；其中：所述控制模块，用于采样所述pfc模块、开关电源模块以及所述供电电源的电路运行参数，生成与所述电路运行参数对应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述pfc模块；所述pfc模块，用于接收所述控制模块发送的控制信号，并根据所述控制信号调节所述变压器的原边电压以及所述pfc模块的输出电压；所述开关电源模块，用于通过所述变压器的副边电压给所述负载供电。通过将变压器的原边作为pfc模块的电感，使得对开关电源的结构进行简化，在保证电路功能的同时，减少了电路元件，进而能够减少开关电源的体积大小，以及降低电路成本。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
33.图1为本发明开关电源电路一实施例的功能模块图；
34.图2为本发明开关电源电路应用在图1实施例中的电路结构图；
35.图3为本发明开关电源控制方法的原理图；
36.图4为本发明开关电源控制方法的占空比计算流程图。
37.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
38.附图标号说明：
39.标号名称标号名称100pfc模块d1～d4第一二极管～第四二极管200开关电源模块c1～c2第一电容～第二电容300控制模块n1原边310第一电压采样单元n2第一副边320第二电压采样单元n3第二副边330第三电压采样单元s1～s2第一开关管～第二开关管340电流采样单元r1～r6第一电阻～第六电阻ac供电电源rs采样电阻
具体实施方式
40.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
43.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
44.本发明提供一种开关电源电路，应用于开关电源控制装置中，请参见图1，图1为本发明开关电源电路一实施例的功能模块图。在该实施例中，所述电路与供电电源ac连接；所述电路包括pfc模块100、开关电源模块200以及控制模块300；所述开关电源模块200包括变压器，所述变压器的原边n1作为所述pfc模块100的电感，所述变压器的原边n1与所述供电电源ac连接，所述开关电源模块200的输出端与负载连接；所述控制模块300的检测端分别与所述pfc模块100、所述开关电源模块200以及所述供电电源ac连接，所述控制模块300的输出端与所述pfc模块100的控制端连接，所述pfc模块100的输出端与负载连接；其中：
45.所述控制模块300，用于采样所述pfc模块100、开关电源模块200以及所述供电电源ac的电路运行参数，生成与所述电路运行参数对应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述pfc模块100；
46.所述pfc模块100，用于接收所述控制模块300发送的控制信号，并根据所述控制信号调节所述变压器的原边电压以及所述pfc模块100的输出电压；
47.所述开关电源模块200，用于通过所述变压器的副边电压给所述负载供电。
48.运行参数用于反映各模块当前的运行状态，通过确定各模块的运行状态，进而根据运行状态调整控制信号，以通过控制信号控制各模块达到需要的运行状态。
49.pfc模块100用于解决因容性负载导致电流波形严重畸变而产生的电磁干扰和电磁兼容问题。现有技术中的pfc电路多采用boost电路，本实施例中的pfc模块100为无桥pfc电路，无桥pfc电路能够在减少功耗以及提高功率因数的同时减少器件使用，以进一步地降低成本。无桥p fc电路包括但不限于标准无桥pfc电路、双boost无桥pfc电路、双向开关无桥pfc电路、图腾柱pfc电路，在实际应用过程中可根据实际应用场景以及需要选择合适的pfc电路，在此不进行限制。
50.本实施例通过将变压器的原边n1作为pfc模块100的电感，使得对开关电源的结构进行简化，在保证电路功能的同时，减少了电路元件，进而能够减少开关电源的体积大小，以及降低电路成本。
51.进一步地，参见图2，本实施例中以pfc模块100为图腾柱pfc电路为例，所述pfc模块100还包括第一开关管s1、第二开关管s2、第一二极管d1、第二二极管d2以及第一电容c1；其中：
52.所述变压器的第一端与所述供电电源ac的第一端连接，所述变压器的第二端分别与所述第一开关管s1的输出端以及所述第二开关管s2的输入端连接，所述第一开关管s1的输入端与所述第一二极管d1的负极连接，所述第一二极管d1的正极分别与所述供电电源ac的第二端以及所述第二二极管d2的负极连接，所述第二二极管d2的正极与所述第二开关管s2的输出端连接，所述第一开关管s1的控制端以及所述第二开关管s2的控制端分别与所述控制模块300的输出端连接；所述第一电容c1连接在所述第一二极管d1的负极以及所述第二二极管d2的正极之间。第一电容c1的两端作为pfc模块100的供电端与负载连接。其中，与pfc模块连接的负载为r0。
53.所述开关电源模块200还包括第三二极管d3、第四二极管d4以及第二电容c2，所述变压器包括第一副边n2以及第二副边n3；其中；所述第一副边n2的第一端与所述第三二极管d3的正极连接，所述第三二极管d3的负极通过所述第二电容c2与所述第一副边n2的第二端连接，所述第三二极管d3的负极还与所述第四二极管d4的负极连接，所述第四二极管d4的正极与所述第二副边n3的第一端连接，所述第二副边n3的第二端与所述第一副边n2的第一端连接；其中，所述变压器的原边n1与供电电源ac连接的一端为同名端，所述第一副边n2的第二端以及所述第二副边n3的第一端为同名端。第二电容c2的两端作为开关电源模块200的供电端与负载连接。其中，与开关电源模块连接的负载为r1。
54.当供电电源ac输入电压处于正半周期，变压器原边n1绕组的电流为正，第一二极管d1截止，第二二极管d2导通，第一开关管s1与第二开关管s2在同一时间导通状态相反；若控制第一开关管s1导通，则第二开关管s2关断，此时电流由供电电源ac流出，电流依次流经变压器原边n1绕组、第一开关管s1至负载，然后经由第二二极管d2返回供电电源ac；而开关电源模块200中电流由第一副边n2绕组流出，流经第三二极管d3、负载后回到变压器，此模态中变压器储能减少；若控制第一开关管s1关断，则第二开关管s2导通，此时电流由供电电源ac流出，流经变压器原边n1绕组、第二开关管s2、第二二极管d2后返回供电电源ac；而开关电源模块200中电流由变压器第二副边n3绕组流出，流经第四二极管d4以及负载回到变压器；此模态中变压器储能增加。
55.当供电电源ac输入电压处于负半周期，变压器原边n1绕组电流为负，第一二极管d1导通，第二二极管d2截止，若控制第一开关管s1导通，则第二开关管s2关断，此时电流由供电电源ac流出，流经第一二极管d1，第一开关管s1以及变压器原边n1绕组后返回供电电源ac；而开关电源模块200中电流由变压器第一副边n2绕组流出，流经第三二极管d3以及负载后回到变压器，此模态中变压器储能增加；如果控制第一开关管s1关断，第二开关管s2导通，此时电流由供电电源ac流出，流经第一二极管d1、负载，第二开关管s2以及变压器原边n1绕组返回供电电源ac；而开关电源模块200中电流由变压器第二副边n3绕组流出，流经第四二极管d4以及负载后回到变压器，此模态中变压器储能减少。
56.进一步地，所述控制模块300包括控制单元、第一电压采样单元310、第二电压采样单元320、第三电压采样单元330以及电流采样单元340；所述控制模块300分别与所述第一电压采样单元310、所述第二电压采样单元320、所述第三电压采样单元330以及所述电流采
样单元340连接，所述第一电压采样单元310还与所述pfc模块100的输出端连接，所述第二电压采样单元320还与所述开关电源模块200的输出端连接，所述第三电压采样单元330还与所述供电电源ac连接，所述电流采样单元340连接在所述供电电源ac与所述pfc模块100之间；其中：
57.所述第一电压采样单元310，用于采集所述pfc模块100的pfc输出电压，并将所述pfc输出电压发送至所述控制模块300；
58.所述第二电压采样单元320，用于采集所述开关电源模块200的开关电源输出电压，并将所述开关电源输出电压发送至所述控制模块300；
59.所述第三电压采集单元，用于采集所述供电电源ac的输入电压，并将所述输入电压发送至所述控制模块300；
60.所述电流采样单元340，用于采集输入电流，并将所述输入电流发送至所述控制模块300；
61.所述控制模块300，用于根据所述pfc输出电压、开关电源输出电压、输入电压以及所述输入电流生成所述电路运行参数。
62.所述第一电压采样单元310包括第三电阻r3以及第四电阻r4，所述第三电阻r3与所述第四电阻r4串联后与所述第一电容c1并联，所述第三电阻r3与所述第四电阻r4的连接处作为所述第一电压采样单元310的输出端与所述控制模块300连接；
63.所述第二电压采样单元320包括第五电阻r5以及第六电阻r6，所述第五电阻r5与所述第六电阻r6串联后与所述第二电容c2并联，所述第五电阻r5与所述第六电阻r6的连接处作为所述第二电压采样单元320的输出端与所述控制模块300连接；
64.所述第三电压采样单元330包括第一电阻r1以及第二电阻r2，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2串联后与所述供电电源ac并联，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的连接处作为所述第三电压采样单元330的输出端与所述控制模块300连接；
65.所述电流采样单元340包括采样电阻rs，所述采样电阻rs连接在所述交流电源与所述第二二极管d2的负极之间，所述采样电阻rs的一端作为电流采样单元340的输出端与控制模块300连接。
66.需要说明的是，对于电路运行参数的具体采样方法可以根据实际应用场景以及需要进行选择，在此不进行限制。
67.本实施例能够实现对于pfc模块100以及开关电源模块200的控制，同时通过电路运行参数调整控制信号，以调整输出电压为需要的输出电压。
68.此外，本发明还保护一种开关电源控制方法，所述方法包括：
69.步骤s10，通过所述控制模块采样所述pfc模块、开关电源模块以及所述供电电源的电路运行参数，生成与所述电路运行参数对应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述pfc模块；
70.步骤s20，通过所述pfc模块接收所述控制模块发送的控制信号，并根据所述控制信号调节所述变压器的原边电压以及所述pfc模块的输出电压，以使所述开关电源模块通过所述变压器的副边电压给所述负载供电。
71.本实施例通过将变压器的原边作为pfc模块的电感，使得对开关电源的结构进行简化，在保证电路功能的同时，减少了电路元件，进而能够减少开关电源的体积大小，以及
降低电路成本。
72.进一步地，参见图3，所述生成与所述电路运行参数对应的控制信号至所述pfc模块包括：
73.获取预设运行参数，并根据所述预设运行参数以及所述电路运行参数得到占空比；
74.根据所述占空比生成所述控制信号。
75.预设运行参数为预先设置的需要电路在运行时所表现的参数。将预设运行参数与电路运行参数进行比较，以得到当前的电路运行参数与期望的参数之间的偏差，根据偏差生成使电路运行参数与预设运行参数一致的占空比，并根据占空比生成控制信号。本实施例中的控制信号为pwm信号。
76.进一步地，所述预设运行参数包括预设pfc输出电压、预设开关电源电压、电流采样阻值；所述电路运行参数包括pfc输出电压、开关电源输出电压、输入电压以及输入电流；所述根据所述预设运行参数以及所述电路运行参数得到占空比包括：
77.通过比较所述pfc输出电压与所述预设pfc输出电压，以及所述开关电源输出电压与所述预设开关电源电压得到调节电压；
78.根据所述调节电压、所述电流采样阻值、所述输入电压以及所述输入电流生成所述占空比。
79.参见图3，其中，pfc输出电压为u0，预设pfc输出电压为u
ref0
，开关电源输出电压为u1，预设开关电源电压为u
ref1
，调节电压为um，输入电流为ig，电流采样阻值为rs，输入电压为ug；比较所述pfc输出电压与所述预设pfc输出电压，以及所述开关电源输出电压与所述预设开关电源电压，得到预设值与实际值之间的差值，并根据差值得到调节电压；具体地，将pfc输出电压、预设pfc输出电压、开关电源输出电压以及预设开关电源电压输入到电压控制器中，电压控制器输出调节电压。
80.进一步地，所述占空比包括第一占空比以及第二占空比；所述根据所述调节电压、所述电流采样阻值、输入电压以及所述输入电流生成所述占空比包括：
81.根据所述调节电压、所述电流采样阻值以及所述输入电流计算得到初始占空比；
82.参见图4，根据所述输入电压的极性确定所述初始占空比为所述第一占空比或第二占空比，所述第一占空比与所述第二占空比之和为1，其中，根据所述第一占空比生成的第一控制信号用于控制所述pfc模块的第一开关管，根据所述第二占空比生成的第二控制信号用于控制所述pfc模块的第二开关管。
83.所述电流采样阻值为采样电阻的阻值。其中，初始占空比为d，第一占空比为d，s1为第一控制信号，s2为第二控制信号。
84.具体地，得到输入电流值的绝对值，并将绝对值与电流采样阻值的积除以调节电压得到初始占空比；通过对输入电压进行过零点检测确定输入电压的极性，当输入电压的极性为正时，将初始占空比作为第一占空比，同时，将1减第一占空比的差作为第二占空比；当输入电压的极性为负时，将初始占空比作为第二占空比，同时，将1减第二占空比的差作为第一占空比。进而通过第一占空比生成控制第一开关管的第一控制信号，通过第二占空比生成控制第二开关管的第二控制信号；需要说明的是，第一控制信号与第二控制信号在对第一开关管以及第二开关管控制时，在同一时间，仅控制一个开关管导通。
85.本实施例能够准确地通过电路运行参数以及预设运行参数对电路进行控制。
86.本方法应用于开关电源电路，该开关电源电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。其实现过程与前述结构实施例一致，可以参照执行。
87.本发明还保护一种开关电源控制装置，该开关电源控制装置包括壳体和开关电源电路，开关电源电路设置于壳体内，该开关电源电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的开关电源控制装置采用了上述开关电源电路的技术方案，因此该开关电源控制装置具有上述开关电源电路所有的有益效果。
88.本发明还保护一种隔离开关电源，该电源包括供电电源以及开关电源电路，开关电源电路与供电电源连接，该开关电源电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的隔离开关电源采用了上述开关电源电路的技术方案，因此该隔离开关电源具有上述开关电源电路所有的有益效果。
89.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
90.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。